RU2152447C1

RU2152447C1 - Process of electroslag remelting of compact materials

Info

Publication number: RU2152447C1
Application number: RU99116937A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Ильин; В.В. Ветер; Г.А. Белкин; Н.В. Андросов; Н.С. Чвилев; Ю.В. Бурков; С.А. Крулевецкий
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"; Общество с ограниченной ответственностью "Валок-Инжиниринг"
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: special electrometallurgy. SUBSTANCE: process of electroslag remelting includes manufacture of billets from production scrap, manufacture of consumable electrodes from them, injection of flux, melting of consumable electrode and formation of ingot. Compact waste of copper and/or its alloys is used in the capacity of production scrap. Consumable electrodes or billets for their manufacture are subjected in addition to thermal treatment-holding at temperature of 300-600 C in the course of 0.5-4.0 h. EFFECT: improved quality of ingots, possibility of manufacture of some parts for metallurgy, for instance, some parts of tuyeres of blast furnaces. 7 cl

Description

Изобретение относится к специальной электрометаллургии, точнее к электрошлаковому литью, и может быть использовано для получения деталей из компактных отходов меди и (или) ее сплавов. The invention relates to special electrometallurgy, more specifically to electroslag casting, and can be used to obtain parts from compact waste copper and (or) its alloys.

Известен способ электрошлакового переплава компактных материалов, по которому производят электрошлаковый переплав расходуемого электрода и расплав формируют в кристаллизатор [1]. A known method of electroslag remelting of compact materials, which produce electroslag remelting of a consumable electrode and the melt is formed into a mold [1].

Недостатком известного технического решения является низкое качество слитка, получаемого электрошлаковым переплавом компактных отходов меди и ее сплавов. A disadvantage of the known technical solution is the low quality of the ingot obtained by electroslag remelting of compact wastes of copper and its alloys.

Наиболее близким аналогом является способ электрошлакового переплава компактных материалов, по которому изготавливают из отходов производства заготовки, получают из них расходуемые электроды, вводят флюс, плавят расходуемый электрод и формируют слиток [2]. The closest analogue is the method of electroslag remelting of compact materials, which is used to make billets from production waste, consumable electrodes from them, inject flux, melt the consumable electrode and form an ingot [2].

Недостатком известного способа является низкое качество слитка, получаемого электрошлаковым переплавом компактных отходов меди и/или ее сплавов. The disadvantage of this method is the low quality of the ingot obtained by electroslag remelting of compact waste copper and / or its alloys.

Техническая задача изобретения - повышение качества слитка, получаемого электрошлаковым переплавом компактных отходов меди и/или ее сплавов. The technical task of the invention is to improve the quality of the ingot obtained by electroslag remelting of compact waste of copper and / or its alloys.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что берут расходуемый одинарный или расщепленный электрод, изготовленный из компактных отходов меди и/или ее сплавов, и электрошлаковым переплавом формируют слиток в кристаллизатор. Расходуемый электрод изготавливают из компактных отходов, получаемых при изготовлении деталей и (или) из вышедших из строя деталей оборудования. Электроды или заготовки для изготовления электродов подвергают термической обработке - выдержке при температуре 300-600^oC в течение 0,5-4,0 часов. Для облегчения возбуждения процесса электрошлакового переплава используют пакеты из стружки меди и (или) ее сплавов высотой 60-150 мм. Для ведения процесса электрошлакового переплава используют флюс, содержащий 10-30% CaF₂, AlF₃•nNaF - остальное или 10-30% NaCl, 20-45% AlF₃•nNaF, CaF₂ - остальное.The solution of the technical problem is achieved by taking a consumable single or split electrode made of compact wastes of copper and / or its alloys, and an electroslag remelting form an ingot in the mold. Consumable electrode is made from compact waste obtained in the manufacture of parts and (or) from failed parts of equipment. The electrodes or blanks for the manufacture of electrodes are subjected to heat treatment - exposure at a temperature of 300-600 ^o C for 0.5-4.0 hours. To facilitate the excitation of the electroslag remelting process, packages of copper chips and (or) its alloys with a height of 60-150 mm are used. To conduct the electroslag remelting process, use a flux containing 10-30% CaF ₂ , AlF ₃ • nNaF - the rest or 10-30% NaCl, 20-45% AlF ₃ • nNaF, CaF ₂ - the rest.

Известно, что электрошлаковый переплав резко повышает качество литого металла (повышаются механические характеристики, уменьшается количество вредных примесей, неметаллических включений и т.д.), поэтому часто для получения качественной заготовки используют двухстадийный процесс: изготавливают обычным литьем расходуемые электроды, которые затем переплавляют электрошлаковым способом для получения качественной отливки. В настоящее время компактные отходы (обрезки заготовок, проката, поковок, вышедшие из строя детали оборудования) перерабатывают также по указанному выше двухстадийному процессу. Попытки использовать стандартную технологию для электрошлакового переплава компактных отходов приводят к нестабильности процесса переплава и снижению качества отливки. Это связано с тем, что часто отходы производства (различные обрезки плит и др.) имеют малую площадь поперечного сечения и достаточно большую длину, поэтому для ведения процесса плавки их набирают в пакеты, т.е. готовят расщепленный электрод. Оборудование, вышедшее из строя и предназначенное для изготовления расходуемых электродов, часто в процессе эксплуатации наклепывается, т.е. имеет напряженное состояние. В процессе переплава электроды нагреваются в нижней части теплом шлаковой ванны и отходящими газами, что приводит к деформации такого электрода по его длине и замыканию на боковые стенки кристаллизатора, что нарушает стабильность процесса электрошлакового переплава и снижает качество слитка. Для предотвращения этого электроды или заготовки электродов подвергают термической обработке, которая снимает остаточные напряжения. Детали оборудования, предназначенные для электрошлакового переплава, часто имеют отверстия, пазы и другие неровности поверхности, где может скапливаться влага, а также остатки смазки, которая использовалась для данного оборудования. Загрязнения на электродах ухудшают качество слитка. Для выжигания смазки, удаления влаги и снижения уровня остаточных напряжений электроды или заготовки электродов прокаливают при температуре 300-600^oC в течение 0,5-4,0 часов. Нижний уровень температуры и малое время рекомендуется для удаления влаги и небольшом уровне остаточных напряжений, верхний уровень температуры и более длительное время необходимо для выжигания большого количества густой смазки из глубоких отверстий и для снятия высокого уровня остаточных напряжений.It is known that electroslag remelting dramatically improves the quality of cast metal (mechanical properties increase, the amount of harmful impurities, non-metallic inclusions decreases, etc.), therefore, a two-stage process is often used to obtain a high-quality workpiece: consumable electrodes are made by conventional casting, which are then melted by an electroslag method for high-quality castings. Currently, compact wastes (trimming blanks, rolled products, forgings, failed equipment parts) are also processed according to the above two-stage process. Attempts to use standard technology for electroslag remelting of compact wastes lead to instability of the remelting process and lower quality of the casting. This is due to the fact that production wastes (various scraps of plates, etc.) often have a small cross-sectional area and a sufficiently large length; therefore, they are collected in bags to conduct the melting process, i.e. prepare a split electrode. Equipment that has failed and intended for the manufacture of consumable electrodes is often stuck during operation, i.e. has a stress state. In the process of remelting, the electrodes are heated in the lower part by warm slag bath and exhaust gases, which leads to deformation of such an electrode along its length and shorting to the side walls of the mold, which violates the stability of the electroslag remelting process and reduces the quality of the ingot. To prevent this, the electrodes or electrode blanks are heat treated to relieve residual stresses. Parts of equipment designed for electroslag remelting often have holes, grooves, and other surface irregularities where moisture can accumulate, as well as residual grease that was used for this equipment. Contamination on the electrodes impairs the quality of the ingot. To burn grease, remove moisture and reduce residual voltage, the electrodes or electrode blanks are calcined at a temperature of 300-600 ^o C for 0.5-4.0 hours. A lower temperature level and short time are recommended for removing moisture and a small level of residual stresses; an upper temperature level and a longer time are necessary for burning out a large amount of grease from deep holes and to relieve a high level of residual stresses.

Для облегчения возбуждения электрошлакового процесса используют пакеты из стружки меди и (или) ее сплавов высотой 60-150 мм. Указанные размеры обеспечивают быстрое возбуждение электрошлакового процесса и расплавление всего пакета стружки. To facilitate the excitation of the electroslag process, packets of copper chips and (or) its alloys with a height of 60-150 mm are used. The indicated dimensions provide quick excitation of the electroslag process and the melting of the whole chip package.

Наиболее высокое качество слитка обеспечивается при использовании в электрошлаковом переплаве флюса состава: 10-30% CaF₂, AlF₃•nNaF - остальное или состава: 10-30% NaCl, 20-45% AlF₃•nNaF, CaF₂ - остальное.The highest quality of the ingot is ensured when using flux in electroslag remelting: 10-30% CaF ₂ , AlF ₃ • nNaF - the rest or composition: 10-30% NaCl, 20-45% AlF ₃ • nNaF, CaF ₂ - the rest.

Пример реализации способа. Для изготовления расходуемых электродов используют вышедшие из строя плиты кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок. Материал плит - медь M1. Плиты режутся на бруски сечением 90 х 90 мм, длина не регламентируется (на всю высоту кристаллизатора). Плиты имеют технологические отверстия для охлаждения кристаллизатора, а также имеются места, где наносилась смазка. Порезанные заготовки прокаливают при 500^oC в течение 1 часа. После прокалки заготовки сваривают между собой для получения заданной длины расходуемого электрода. Режимы сварки обычные для меди. На тележку с поддоном устанавливают неподвижный водоохлаждаемый кристаллизатор в виде усеченного конуса. Диаметр нижнего основания - 210 мм, диаметр верхнего основания - 200 мм, высота 1200 мм. На середину поддона устанавливается пакет из прокаленной медной стружки (марки M1) диаметром 100 мм и высотой 90 мм. С помощью крана расходуемый электрод вводится в кристаллизатор до контакта с пакетом стружки и засыпают флюс состава: 20% CaF₂, 80% AlF₃•nNaF. Далее процесс электрошлакового переплава осуществляют по стандартной технологии: подают напряжение и осуществляют переплавление расходуемого электрода. Электрошлаковый переплав осуществляют на установке ЭШП-2,5 ВГ-И1. После окончания формирования слитка и его полного охлаждения слиток удаляют из кристаллизатора и, как правило, без последующей термической обработки направляют на механическую обработку для изготовления деталей металлургического производства, например, рыльной части фурм доменных печей.An example implementation of the method. For the manufacture of consumable electrodes, failed mold plates of continuous casting machines are used. Plate material - copper M1. Plates are cut into bars with a cross section of 90 x 90 mm, the length is not regulated (to the entire height of the mold). The plates have technological holes for cooling the mold, and there are also places where grease was applied. The cut preforms are calcined at 500 ^° C. for 1 hour. After calcining, the workpieces are welded together to obtain a given length of the consumable electrode. Welding modes are common for copper. A fixed water-cooled crystallizer in the form of a truncated cone is mounted on a pallet truck. The diameter of the lower base is 210 mm, the diameter of the upper base is 200 mm, and the height is 1200 mm. A package of calcined copper chips (grade M1) with a diameter of 100 mm and a height of 90 mm is installed in the middle of the pallet. With the help of a crane, the consumable electrode is introduced into the mold before contact with the chip package and the flux of the composition is filled in: 20% CaF ₂ , 80% AlF ₃ • nNaF. Next, the process of electroslag remelting is carried out according to standard technology: voltage is applied and the consumable electrode is re-melted. Electroslag remelting is carried out on the EShP-2.5 VG-I1 installation. After the formation of the ingot and its complete cooling, the ingot is removed from the mold and, as a rule, without subsequent heat treatment is sent to machining for the manufacture of parts of metallurgical production, for example, the back part of the tuyeres of blast furnaces.

Технико-экономическое преимущество заявленного технического решения заключается в возможности утилизации компактных отходов меди и/или ее сплавов с минимальными затратами, при этом исключается ряд пределов и обеспечивается требуемое качество слитка. The technical and economic advantage of the claimed technical solution lies in the possibility of utilizing compact waste of copper and / or its alloys at minimal cost, while eliminating a number of limits and ensuring the required quality of the ingot.

Источники информации
1. Медовар Б.И., Латаш Ю.В. Электрошлаковый переплав. Киев: Наукова думка, 1965, с. 19-21.Sources of information
1. Medovar B.I., Latash Yu.V. Electroslag remelting. Kiev: Naukova Dumka, 1965, p. 19-21.

2. Патент РФ 2063455 C1, C 22 B 9/18, 10.07.1996. 2. RF patent 2063455 C1, C 22 B 9/18, 07/10/1996.

Claims

1. The method of electroslag remelting of compact materials, including the manufacture of billets from production waste, obtaining consumable electrodes from them, introducing flux, melting the consumable electrode and forming an ingot, characterized in that compact waste of copper and / or its alloys is used as production waste, and consumable electrodes or blanks for the manufacture of a consumable electrode are further subjected to heat treatment.

2. The method according to claim 1, characterized in that a single electrode is used for the electroslag remelting process.

3. The method according to claim 1, characterized in that a split electrode is used for the electroslag remelting process.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that as compact waste of copper and / or its alloys use the waste obtained in the manufacture of parts and / or failed parts of the equipment.

5. The method according to any one of paragraphs. 1 to 4, characterized in that the consumable electrodes or blanks for the manufacture of the consumable electrode are subjected to heat treatment - exposure at a temperature of 300 - 600 ^o C for 0.5 to 4.0 hours

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that for excitation of the electroslag remelting process, packages of copper chips and / or its alloys with a height of 60-150 mm are used.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that for electroslag remelting using flux containing, wt.%:
CaF ₂ - 10 - 30
AlF ₃ • nNaF - Else
8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that for electroslag remelting using flux containing, wt.%:
NaCl - 10 - 30
AlF ₃ • nNaF - 20 - 45
CaF ₂ - Else